本發(fā)明涉及車輛制動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)人駕駛車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

無(wú)人駕駛車輛是通過(guò)車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能車輛。它是利用車載傳感器來(lái)感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個(gè)國(guó)家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

無(wú)人駕駛車輛的制動(dòng)系統(tǒng)是車輛行車安全、快速減速、定點(diǎn)及緊急停車的有效執(zhí)行系統(tǒng)，其制動(dòng)響應(yīng)特性、制動(dòng)力可控性和制動(dòng)效果等的性能優(yōu)劣直接影響著無(wú)人駕駛車輛的制動(dòng)性能。

在現(xiàn)有的技術(shù)方案中，中國(guó)專利較早地(授權(quán)公告號(hào)為CN2442898Y)公開了一種無(wú)人駕駛車執(zhí)行裝置，提出一種遙控操作下的無(wú)人駕駛制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但是其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可靠性和制動(dòng)力可控性不高。

中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?01410387507.7)公開了一種用于實(shí)現(xiàn)雙回路制動(dòng)的無(wú)人駕駛車輛的制動(dòng)系統(tǒng)，提出了一種人工制動(dòng)回路和電動(dòng)制動(dòng)回路的雙回路制動(dòng)模式，但是由于缺乏關(guān)鍵的制動(dòng)壓力及制動(dòng)力的檢測(cè)裝置，無(wú)法精準(zhǔn)有效地進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)力可控性無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?01510521026.5)公開了一種無(wú)人駕駛重型車的制動(dòng)系統(tǒng)及方法，提出了采用氣壓制動(dòng)的方法，且通過(guò)電磁閥控制實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)，雖然氣壓制動(dòng)有諸多優(yōu)點(diǎn)如清潔無(wú)污染，介質(zhì)獲取便捷，但是由于氣體的可壓縮性能和該技術(shù)方案的技術(shù)缺陷(沒有制動(dòng)力檢測(cè)裝置)，僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩種制動(dòng)方式，無(wú)法檢測(cè)制動(dòng)力的大小來(lái)控制車輛的制動(dòng)減速功能。

中國(guó)發(fā)明專利(授權(quán)公告號(hào)為CN 101797917 B)公開了一種無(wú)人駕駛車輛的制動(dòng)裝置，它的技術(shù)方案是將現(xiàn)有的有人駕駛的車輛進(jìn)行了對(duì)制動(dòng)踏板的改裝，采用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)部件來(lái)收放繞在制動(dòng)踏板的鋼線，實(shí)現(xiàn)模擬人的腳踩踏板和松踏板的功能，雖然該技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)，但是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)繞線的踏板進(jìn)行制動(dòng)，首先其制動(dòng)力不可控，只能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)剎車的要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的制動(dòng)減速要求。同樣，中國(guó)發(fā)明專利(授權(quán)公告號(hào)為CN 103625454 B)公開了一種無(wú)人駕駛車輛制動(dòng)裝置，其技術(shù)方案通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行推動(dòng)制動(dòng)總缸進(jìn)行制動(dòng)。雖然該技術(shù)方案也可以實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)，但是蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)的主要作用是用來(lái)傳遞力和扭矩的機(jī)構(gòu)，在傳動(dòng)精度方面，二者的精度較差，而且該技術(shù)方案的傳動(dòng)方案較為復(fù)雜，傳動(dòng)累積誤差較大，因此雖然技術(shù)方案在有力傳感器作為制動(dòng)力的檢測(cè)，但是檢測(cè)的制動(dòng)力無(wú)法作為制動(dòng)力控制的反饋量和控制量，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的制動(dòng)減速控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)人駕駛車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，包括電動(dòng)缸、制動(dòng)管路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、控制器和決策層，以及用于檢測(cè)車速的輪速傳感器和用于檢測(cè)制動(dòng)管路系統(tǒng)制動(dòng)壓力的油壓表，所述電動(dòng)缸與制動(dòng)管路系統(tǒng)之間通過(guò)轉(zhuǎn)接頭連接，數(shù)據(jù)采集卡用于采集輪速傳感器和油壓表的數(shù)據(jù)，控制器用來(lái)讀取決策層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)，并控制電動(dòng)缸的伸出與縮回。

所述制動(dòng)管路系統(tǒng)包括制動(dòng)總缸，以及通過(guò)油管分別與制動(dòng)總缸連通的前輪制動(dòng)分缸和后輪制動(dòng)分缸，所述油壓表用于檢測(cè)制動(dòng)總缸出口的制動(dòng)壓力。

所述油壓表安裝在油管上。

所述轉(zhuǎn)接頭上安裝有力傳感器，該力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接。

所述電動(dòng)缸采用滾珠絲杠伺服電動(dòng)缸，具有自鎖功能，當(dāng)制動(dòng)停車斷電后，可以實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)。

本發(fā)明還提供一種無(wú)人駕駛車輛的制動(dòng)控制方法，通過(guò)采集當(dāng)前車速和當(dāng)前制動(dòng)壓力，與期望車速和期望制動(dòng)壓力進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而精確的控制制動(dòng)效果。

具體包括如下步驟：

1)決策層根據(jù)路況和無(wú)人車的行車要求發(fā)出制動(dòng)位移x、期望車速v_d和期望制動(dòng)時(shí)間t的信號(hào)，控制器讀取期望車速v_d和輪速傳感器檢測(cè)的當(dāng)前車速v_c；

2)判斷期望車速v_d與當(dāng)前車速v_c的大小，若v_d≥v_c，則不執(zhí)行任何操作，若v_d<v_c，記錄當(dāng)前車速v_c為v_c0，并執(zhí)行步驟3)；

3)對(duì)無(wú)人車進(jìn)行制動(dòng)，具體方法如下：

建立期望制動(dòng)壓力p_d與制動(dòng)位移x、期望車速v_d、期望制動(dòng)時(shí)間t的數(shù)學(xué)模型，公式如下：

其中m為車輛質(zhì)量，n為車輪個(gè)數(shù)，μ₁為車輪與地面之間的摩擦系數(shù)，μ₂為制動(dòng)摩擦片與車輪之間的摩擦系數(shù)，s為制動(dòng)分缸的截面面積，d為制動(dòng)分缸直徑，x為制動(dòng)位移，F(xiàn)_f為地面與車輪之間的摩擦力，F(xiàn)_z為制動(dòng)摩擦片與車輪之間的摩擦力，F(xiàn)_N為地面對(duì)車輪的支持力，R是車輪半徑，r是制動(dòng)摩擦片作用于車輪的平均半徑，α(t)是車輪的角加速度，J是車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，t₁為制動(dòng)起始時(shí)間，t₂為制動(dòng)結(jié)束時(shí)間，且t₂-t₁＝t；當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c是時(shí)間的函數(shù)，公式中用p_c(t)表示，當(dāng)前車速v_c也是時(shí)間的函數(shù)，用v_c(t)表示，且v_c(t₁)＝v_c0，v_c(t₂)＝v_d，p_c(t₂)＝p_d；

控制器根據(jù)期望車速v_d與期望制動(dòng)時(shí)間t計(jì)算出期望制動(dòng)壓力p_d，然后控制器發(fā)出控制電動(dòng)缸的伸出命令，且控制器在期望制動(dòng)時(shí)間t內(nèi)同時(shí)讀取油壓表的當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c，并與計(jì)算的期望制動(dòng)壓力p_d進(jìn)行做差值，在當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c等于期望制動(dòng)壓力p_d時(shí)，即差值為0時(shí)，控制器停止發(fā)出對(duì)電動(dòng)缸的控制指令。

控制器根據(jù)期望車速v_d與期望制動(dòng)時(shí)間t計(jì)算出期望制動(dòng)壓力p_d，然后控制器發(fā)出控制電動(dòng)缸的伸出命令，且控制器在期望制動(dòng)時(shí)間t內(nèi)同時(shí)讀取油壓表的當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c，并與計(jì)算的期望制動(dòng)壓力p_d進(jìn)行做差值，在當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c等于期望制動(dòng)壓力p_d時(shí)，即差值為0時(shí)，控制器停止發(fā)出對(duì)電動(dòng)缸的控制指令。

進(jìn)一步地，當(dāng)油壓表出現(xiàn)故障或者失效時(shí)，通過(guò)電動(dòng)缸的推力F、制動(dòng)總缸的壓力p與制動(dòng)總缸中活塞作用面積s三者之前的關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c，公式如下：

F＝p₁s₁-p₂s₂

其中F通過(guò)力傳感器檢測(cè)，p₁為制動(dòng)總缸活塞高壓腔的壓力，s₁為制動(dòng)總缸活塞高壓腔的作用面積，p₂為制動(dòng)總缸活塞低壓腔的壓力，s₂為制動(dòng)總缸活塞低壓腔的作用面積；低壓腔壓力為大氣壓力,即p₂＝0，

所述的制動(dòng)控制方法可以實(shí)現(xiàn)不同制動(dòng)模式的制動(dòng)要求：即當(dāng)v_d＝0時(shí)，屬于停車制動(dòng)，當(dāng)0<v_d<v_c0時(shí)，屬于減速制動(dòng)，對(duì)應(yīng)的期望制動(dòng)時(shí)間t的確定關(guān)系式：當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)：當(dāng)停車制動(dòng)時(shí)：當(dāng)減速制動(dòng)時(shí)：

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別是制動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)捷：直接采用電動(dòng)缸推動(dòng)制動(dòng)總缸的制動(dòng)活塞，省去了大量的中間傳動(dòng)部件，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率也大大提高。

(2)在制動(dòng)總缸的出油口安裝設(shè)置油壓表，可以方便便捷有效地測(cè)量和檢測(cè)制動(dòng)油路中的制動(dòng)壓力，直接反映了制動(dòng)壓力大小和制動(dòng)效果。

(3)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛車輛的多種制動(dòng)要求：油壓表檢測(cè)到的制動(dòng)壓力大小，可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集傳輸?shù)娇刂破髦苯幼x取，通過(guò)建立的期望制動(dòng)力與期望車速的數(shù)學(xué)模型，控制器根據(jù)決策層的期望車輪轉(zhuǎn)速要求，控制電動(dòng)缸的伸出量來(lái)控制制動(dòng)壓力的大小，同時(shí)電動(dòng)缸采用的是滾珠絲杠伺服電動(dòng)缸，位移控制精確，因此：①當(dāng)需要緊急制動(dòng)時(shí)，決策層發(fā)出期望速度為0，且制動(dòng)時(shí)間的指令，控制器控制電動(dòng)缸快速伸出，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)；②當(dāng)需要停車制動(dòng)時(shí)，決策層發(fā)出期望速度為0，且制動(dòng)時(shí)間的指令，控制器控制電動(dòng)缸伸出，實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)；③當(dāng)需要減速制動(dòng)時(shí)，即v_d>0，決策層發(fā)出期望速度為v_d，且制動(dòng)時(shí)間的指令，控制器控制電動(dòng)缸伸出，且制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力精確可控，有效實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速；④駐車制動(dòng)：由于電動(dòng)缸具有自鎖性，因此在斷電或者停車狀態(tài)下，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)的效果。

(4)本發(fā)明不僅安裝了油壓表，同時(shí)在電動(dòng)缸和制動(dòng)總缸之間安裝設(shè)置有力傳感器，力傳感器可以間接檢測(cè)到制動(dòng)油路的制動(dòng)壓力大小，因此，當(dāng)油壓表出現(xiàn)故障或者失效時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡可以將采集到的力傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳎瑏?lái)保證制動(dòng)系統(tǒng)的控制有效性，設(shè)置兩套傳感器，起到了雙保險(xiǎn)作用，使得本發(fā)明的制動(dòng)可靠性更高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明無(wú)人駕駛車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明制動(dòng)過(guò)程原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式作詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，無(wú)人駕駛車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)包括電動(dòng)缸1、制動(dòng)管路系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)采集卡3、控制器4和決策層5，以及用于檢測(cè)車速的輪速傳感器6和用于檢測(cè)制動(dòng)管路系統(tǒng)制動(dòng)壓力的油壓表7，其中制動(dòng)管路系統(tǒng)2包括制動(dòng)總缸21，以及通過(guò)油管22分別與制動(dòng)總缸21連通的前輪制動(dòng)分缸23和后輪制動(dòng)分缸24。

所述電動(dòng)缸1與制動(dòng)總缸21之間通過(guò)轉(zhuǎn)接頭8連接，轉(zhuǎn)接頭上安裝有力傳感器9，該力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡3信號(hào)連接，力傳感器9用來(lái)檢測(cè)電動(dòng)缸1的輸出力，根據(jù)制動(dòng)總缸21的活塞面積，可以間接計(jì)算轉(zhuǎn)換為制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)壓力。

數(shù)據(jù)采集卡3還可以用于采集輪速傳感器6和油壓表7的數(shù)據(jù)，控制器4用來(lái)讀取決策層5傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)采集卡3的數(shù)據(jù)，并控制電動(dòng)缸1的伸出與縮回。

所述油壓表7用于檢測(cè)制動(dòng)總缸21出口的制動(dòng)壓力，其安裝位置可以在制動(dòng)總缸21本體上，也可以在兩處油管22上。

所述電動(dòng)缸1采用滾珠絲杠伺服電動(dòng)缸，在高精度傳動(dòng)系統(tǒng)中，滾珠絲杠傳動(dòng)精度高，可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，在當(dāng)前的高端數(shù)控機(jī)床和精確位置控制中被廣泛使用。同時(shí)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角控制精度非常高，因此伺服電機(jī)滾珠絲杠電動(dòng)缸的出現(xiàn)，解決了大量的高精度控制要求，其具有體積小、精度高、自鎖性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還提供一種無(wú)人駕駛車輛的制動(dòng)控制方法，通過(guò)采集當(dāng)前車速和當(dāng)前制動(dòng)壓力，與期望車速和期望制動(dòng)壓力進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而精確的控制制動(dòng)效果，包括如下步驟：

步驟一、決策層根據(jù)路況和無(wú)人車的行車要求發(fā)出制動(dòng)位移x、期望車速v_d和期望制動(dòng)時(shí)間t的信號(hào)，控制器讀取期望車速v_d和輪速傳感器檢測(cè)的當(dāng)前車速v_c。

步驟二、判斷期望車速v_d與當(dāng)前車速v_c的大小，若v_d≥v_c，則不執(zhí)行任何操作，若v_d<v_c，記錄當(dāng)前車速v_c為v_c0，并執(zhí)行步驟三。

步驟三、對(duì)無(wú)人車進(jìn)行制動(dòng)，具體方法如下：

建立期望制動(dòng)壓力p_d與制動(dòng)位移x、期望車速v_d、期望制動(dòng)時(shí)間t的數(shù)學(xué)模型，公式如下：

其中m為車輛質(zhì)量，n為車輪個(gè)數(shù)，μ₁為車輪與地面之間的摩擦系數(shù)，μ₂為制動(dòng)摩擦片與車輪之間的摩擦系數(shù)，s為制動(dòng)分缸的截面面積，d為制動(dòng)分缸直徑，x為制動(dòng)位移，F(xiàn)_f為地面與車輪之間的摩擦力，F(xiàn)_z為制動(dòng)摩擦片與車輪之間的摩擦力，F(xiàn)_N為地面對(duì)車輪的支持力，R是車輪半徑，r是制動(dòng)摩擦片作用于車輪的平均半徑，α(t)是車輪的角加速度，J是車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，t₁為制動(dòng)起始時(shí)間，t₂為制動(dòng)結(jié)束時(shí)間，且t₂-t₁＝t；當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c是時(shí)間的函數(shù)，公式中用p_c(t)表示，當(dāng)前車速v_c也是時(shí)間的函數(shù)，用v_c(t)表示，且v_c(t₁)＝v_c0，v_c(t₂)＝v_d，p_c(t₂)＝p_d，參照?qǐng)D2。

控制器根據(jù)期望車速v_d與期望制動(dòng)時(shí)間t計(jì)算出期望制動(dòng)壓力p_d，然后控制器發(fā)出控制電動(dòng)缸的伸出命令，且控制器在期望制動(dòng)時(shí)間t內(nèi)同時(shí)讀取油壓表的當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c，并與計(jì)算的期望制動(dòng)壓力p_d進(jìn)行做差值，在當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c等于期望制動(dòng)壓力p_d時(shí)，即差值為0時(shí)，控制器停止發(fā)出對(duì)電動(dòng)缸的控制指令。

當(dāng)油壓表出現(xiàn)故障或者失效時(shí)，通過(guò)電動(dòng)缸的推力F、制動(dòng)總缸的壓力p與制動(dòng)總缸中活塞作用面積s三者之前的關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前制動(dòng)壓力p_c，公式如下：

F＝p₁s₁-p₂s₂

其中F通過(guò)力傳感器檢測(cè)，p₁為制動(dòng)總缸活塞高壓腔的壓力，s₁為制動(dòng)總缸活塞高壓腔的作用面積，p₂為制動(dòng)總缸活塞低壓腔的壓力，s₂為制動(dòng)總缸活塞低壓腔的作用面積；低壓腔壓力為大氣壓力,即p₂＝0，

所述的期望制動(dòng)時(shí)間t的確定關(guān)系式：當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)：當(dāng)停車制動(dòng)時(shí)：當(dāng)減速制動(dòng)時(shí)：

以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。